模块四三相异步电动机的及应用

模块四三相异步电动机的概述及使用课题4.1三相异步电动机的原理及特性课题4.2三相异步电动机的使用及综合测试课题4.1三相异步电动机的原理及特性知识与技能要点三相异步电动机的原理、结构与铭牌数据；三相异步电动机转矩与机械特性。电动机的分类：电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机1.三相异步电动机的结构（1）定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2

W1----W2三相绕组机座：铸钢或铸铁

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。（2）转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。①

鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。②绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：

结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。2.

三相异步电动机的工作原理（1）旋转磁场

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)U1U2V1V2W1W2①旋转磁场的产生oo规定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。U1V2W1V1W2U2(•)电流出()电流入tU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相电流合成磁

场的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600oU1U1U2W2V1W1V2U1U1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序②旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线(电路如图)U1U2W1W2V1V20to③旋转磁场的极对数P当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：otU1U2V1V2W1W2U1U2V2W1V1W2

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。W1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'U1U2V1V2W1极对数动画旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关0W1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'④旋转磁场的转速工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0toU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2旋转磁场转速n0与极对数p的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:(2)转动原理U1U2V2W1V1W2定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF

(3)转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s

例一台三相异步电动机，其额定转速

n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为3.

三相异步电动机铭牌数据(1)型号

磁极数(极对数p=2)例如：V2132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表4.2中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号V2异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO(2)接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结(3)电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,

及6000V等多种。(4)电流例如：Y/6.73/11.64U1

表示星形联结下电机的线电流为6.73U1；三角形联结下线电流为11.64U1。两种接法下相电流均为6.73U1。

(5)功率与效率鼠笼电机

=72~93％电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。(6)功率因数PN三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有

0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。(7)额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO如：n

N=1440转/分

sN=0.04(8)绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为U1、E、B、F、H五级，U1级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。4.三相异步电动机的电磁转矩与机械特性(1)转矩公式

转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数由此得电磁转矩公式由电动机电路分析知：由公式可知电磁转矩公式1）T与定子每相绕组电压成正比。U1T2）当电源电压U1一定时，T是

s的函数。3）R2

的大小对

T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2

，从而改变转距。（2）机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1电动机在额定负载时的转矩。①额定转矩TN三个重要转矩OT额定转矩(N•m)如某普通机床的主轴电机(V2132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为②最大转矩TmU1x转子轴上机械负载转矩T2不能大于TmU1x

，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。令：求得临界转差率OTTmU1x将sm代入转矩公式，可得当U1

一定时，TmU1x为定值过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使T2

<TmU1x

，否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。2)sm与R2有关，R2smn。绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。③起动转矩Tst电动机起动时的转矩。起动时n=0时，s=12)Tst与R2有关，适当使

R2Tst。对绕线式电机改变转子附加电阻

R´2,可使Tst=TmU1x

。

Tst体现了电动机带载起动的能力。

若

Tst

>T2电机能起动，否则不能起动。OTTst起动能力（3）电动机的运行分析电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。

自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）。此过程中，n、sE2,I2

I1电源提供的功率自动增加。T2sT2>TT=T2nT

T´2达到新的平衡T2常用特性段TO例1:

1)解:

一台V2225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，TmU1x/TN=2.2，求：

1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩

TN、最大转矩TmU1x、和起动转矩TN

。

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）

3）解：

在上例中(1)如果负载转矩为510.2N•m,试问在U=UN和U´=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-

换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？

(1)在U=UN时

Tst=551.8N•m>510.2N.m不能起动

(2)Ist=7IN=784.2=589.4U1

在U´=0.9UN时能起动例2:在80%额定负载时不能起动在50%额定负载时可以起动(3)课题4.2三相异步电动机的使用及综合测试知识与技能要点三相异步电动机的起动、调速和制动

1.三相异步电动机的起动①

直接起动

二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。②降压起动：星形-三角形(Y－)

换接起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）③转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）以下介绍降压起动和转子串电阻起动。（1）起动方法设：电机每相阻抗为

降压起动(1)Y－

换接起动

降压起动时的电流为直接起动时的+－

起动U1U2V1V1W1W2+－正常运行U1U2V1V2W1W2仅适用于正常运行为三角形联结的电机。

(b)V2－

起动Y－

换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y-换接起动应注意的问题正常运行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起动+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1(2)自耦降压起动L1L3L2FUQ

Q2下合：接入自耦变压器，降压起动。

Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。合刀闸开关QQ2

自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成V2形不能采用Y－起动的鼠笼式异步电动机。RRR滑环电刷定子转子起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。起动电阻

绕线式电动机转子电路串电阻起动•

若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2­ÞTst

­TO转子电路串电阻起动的特点（1）变频调速(无级调速)

f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~变频调速方法恒转距调速（f1<f1N）恒功率调速（f1>f1N）频率调节范围：0.5~几百赫兹三种电气调速方法2.

三相异步电动机的调速（2）变极调速

(有级调速)

变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSSU11U21U12U22ii••P=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。U11··U12U21U22SNTo（3）